电动汽车用IGBT与SiC MOSFET的技术发展对比

图 RC-IGBT结构 来源：富士电机、中车  

随着技术的演进，IGBT正在从第6代精细沟槽技术和第7代超精细沟槽技术向7.5代175℃结温沟槽技术过渡，重点在于微沟槽技术的提升。国产中车的主驱用车规级IGBT芯片的发展历程显示，现代IGBT技术的电流密度已经达到约300A/㎝²，这一进展显著提升了性能和效率。

图 主驱用车规级IGBT芯片的发展历程 来源：中车

在芯片设计方面，核心挑战在于平衡导通损耗、关断损耗、短路耐受能力及电流密度等性能参数之间的折衷关系。通过调整芯片的厚度和掺杂浓度，可以在降低损耗与保持良率及可靠性之间找到最佳平衡。目前的发展趋势显示，芯片设计可能倾向于牺牲一定的短路能力以降低损耗，实现性能与可靠性的最佳平衡。

图 IGBT芯片设计折衷图 来源：安森美

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与此同时，SiC MOSFET技术也在不断发展，特别是从平面栅结构到沟槽栅结构的演变，有效降低了导通电阻。这一技术虽然需要进一步增强栅氧层的可靠性以确保长期稳定，但在减少损耗和提高开关速度方面已展现出显著优势。目前国际主流厂商普遍采用沟槽栅结构，而国内国内生产的大多数仍为平面栅结构。

图 SiC MOS结构发展及主流厂商沟槽结构示意图 参考资料：功率器件显微镜

在SiC（碳化硅）产业链中，衬底技术被认为是技术难度最高且价值最大的环节，是推动未来产业发展的关键。目前，全球SiC衬底的生产主要由国外厂商控制，国内则因SiC生产速度较慢（从单晶生长到形成衬底需要耗时1个月，从外延生长到晶圆前后段加工完成需要耗时6-12个月）等因素仍有待突破。

图 SiC产业链 来源：华宝证券

相较于IGBT，SiC MOSFET展现出无拖尾电流、快速开关和低开关损耗的优势。特别是在轻载或小电流条件下，SiC MOSFET的主要电流路径为MOS沟道，导致其压降极小，而IGBT的最低压降相对较高。因此，SiC MOSFET在轻载条件下具有明显优势，但在重载条件下，IGBT的性能可能不会逊色于SiC MOSFET。

图 IGBT和SiC性能对比 来源：bosch

原文始发于微信公众号（艾邦半导体网）：电动汽车用IGBT与SiC MOSFET的技术发展对比